KR20010105898A - Symbol and/or frequency Synchronization of Orthogonal Frequency Division Multiplexed signals - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 전송 방식(OFDM) 신호의 심볼/주파수 동기 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대칭구조의 프리앰블을 이용하여 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하는 대칭구조의 프리앰블을 적용한 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a symbol / frequency synchronization method of an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signal. A symbol / frequency synchronization method of an OFDM signal.
직교 주파수 분할 다중 접속 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 이하, OFDM이라 함)은 데이터를 채널을 통해 효과적으로 전송하는데 강하다. OFDM은 데이터를 전송하기 위하여 채널 대역폭 내에서 다수의 부반송파 주파수(sub-carrier frequency)를 사용한다. 이들 부반송파들은, 주파수 분할 다중 접속 방식(frequency division multiplexing: FDM)과 같은, 종래의 전송 방법들에 비하여 대역폭 효율을 최적화하도록 배치되므로, 반송파간 간섭(inter-carrier interference: ICI)을 피할 수 있다. 또한, OFDM 부반송파에 데이터를 코딩하는 것은 주파수-선택 페이딩(frequency-selective fading)으로 인한 손실을 완화시키도록 주파수 다이버시티 이점을 얻을 수 있다.Orthogonal Frequency Division Multiplexing (hereinafter, referred to as OFDM) is strong in effectively transmitting data through a channel. OFDM uses multiple sub-carrier frequencies within the channel bandwidth to transmit data. These subcarriers are arranged to optimize bandwidth efficiency compared to conventional transmission methods, such as frequency division multiplexing (FDM), thereby avoiding inter-carrier interference (ICI). In addition, coding data on an OFDM subcarrier may benefit from frequency diversity to mitigate losses due to frequency-selective fading.
OFDM 시스템의 경우, 송신 신호를 정확히 복조하기 위해서는 주파수 오차와 심볼 동기를 고려하여야 한다. 심볼 시작점을 제대로 찾지 못하면 심볼간 간섭(inter-symbol interference: ISI)이 발생하여 전송신호를 올바르게 복원할 수 없다. 일반적으로 수신 신호열들 사이의 상관값을 이용하여 심볼의 시작점을 찾는다. 상관값을 구하기 위하여 특정한 프리앰블의 신호열을 사용한다.In an OFDM system, in order to accurately demodulate a transmission signal, frequency error and symbol synchronization must be considered. If the symbol start point is not properly found, inter-symbol interference (ISI) may occur, and thus the transmission signal may not be properly restored. In general, the starting point of a symbol is found by using a correlation value between received signal sequences. The signal sequence of a specific preamble is used to obtain a correlation value.
도 1 내지 도 4를 참조하여 종래 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기방법을 설명한다. 도 1은 종래 OFDM 신호 수신장치의 블록도이고, 도 2는 종래 OFDM 신호의 프리앰블 구조를 도시한 도면이며, 도 3은 종래 자기상관부의 상세 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 종래 프리앰블 구조에 의한 상관값을 도시한 그래프이다.A symbol / frequency synchronization method of a conventional OFDM signal will be described with reference to FIGS. 1 to 4. 1 is a block diagram of a conventional OFDM signal receiving apparatus, FIG. 2 is a diagram illustrating a preamble structure of a conventional OFDM signal, FIG. 3 is a diagram for describing a detailed operation of a conventional autocorrelation unit, and FIG. 4 is a conventional preamble structure. It is a graph showing the correlation value by.
OFDM 신호를 수신하여 베이스밴드 데이터 비트를 복구하기 위하여, OFDM 수신기는 RF(radio frequency) 수신기(도시않음)를 통해 데이터 r(n)를 수신한다. 자기상관부(20)는 수신된 데이터 r(n)를 심볼 길이(N)의 반(N/2)만큼 지연시키고, 지연된 신호 r*(k-D)와 수신된 신호 r(n)의 자기상관값을 구한다. 피크(peak) 검출부(40)는 구해진 N/2개의 자기상관값들의 평균을 구하고, 각 샘플별로 구해진 평균값들 중 최대값을 검출한다. 시간/주파수 동기부(50)는 검출된 최대값을 이용하여 샘플들간의 시간영역 동기를 획득한다. 시간 영역에서 심볼 동기를 정확히 찾은 후에는 주파수 오차(offset) 문제를 해결해야 한다. 주파수 오차는 수신기의 발진기가 부정확한 경우에 발생한다. 주파수 오차는 복조된 신호의 진폭과 위상을 왜곡시키고 부채널간 간섭을 발생시켜 OFDM 시스템의 전체적인 성능을 떨어뜨린다. 일반적으로 주파수 오차는 정수배 주파수 오차와 소수배 주파수 오차로 구분된다. 시간/주파수 동기부(50)는 시간 영역에서 보호 구간을 이용하여 부반송파의 소수배 주파수 오차를 추정하여 보상한다. 정수배 주파수를 보상하기 위하여, 부반송파의 소수배 주파수 오차가 보상된 신호와 수신된 신호 r(n)은 IFFT(inverse fast fourier transform)부(60)에서 역 푸리에 변환된다. 상기 역변환된 신호와 N개의차동신호 v(k) 사이의 상호 상관값들을 계산하고, 이 상호 상관값들의 평균을 구하여, 샘플별로 상호 상관값들의 최대치를 검출한다. 정수배 주파수 동기부(80)에서는 검출된 최대치로부터 정수배 주파수 동기를 획득한다.In order to receive the OFDM signal and recover the baseband data bits, the OFDM receiver receives data r (n) via a radio frequency (RF) receiver (not shown). The autocorrelation unit 20 delays the received data r (n) by half (N / 2) of the symbol length N, and autocorrelates the delayed signal r * (kD) and the received signal r (n). Obtain The peak detector 40 obtains an average of the obtained N / 2 autocorrelation values and detects a maximum value among the average values obtained for each sample. The time / frequency synchronization unit 50 obtains time domain synchronization between samples using the detected maximum value. After accurately finding symbol synchronization in the time domain, the frequency offset problem should be solved. Frequency error occurs when the oscillator of the receiver is incorrect. Frequency error distorts the amplitude and phase of the demodulated signal and introduces interchannel interference, which degrades the overall performance of the OFDM system. Generally, frequency error is divided into integer frequency error and decimal frequency error. The time / frequency synchronizing unit 50 estimates and compensates for the prime frequency error of the subcarrier using the guard period in the time domain. In order to compensate for the integer frequency, the signal with the minority frequency error of the subcarrier compensated and the received signal r (n) are inverse Fourier transformed by the inverse fast fourier transform (IFFT) unit 60. The cross-correlation values between the inversely transformed signal and the N differential signals v (k) are calculated, the cross-correlation values are averaged, and the maximum value of the cross-correlation values is detected for each sample. Integer frequency synchronization unit 80 obtains integer frequency synchronization from the detected maximum value.
도 2를 참조하면, 종래의 OFDM 신호의 프리앰블은 시간 영역에서 두 개의 구간으로 나누어 똑같은 신호열을 갖도록 만든다. 즉, 프리앰블은 N/2 만큼의 거리를 두고 동일한 샘플열이 반복된 구조로서, 동일한 샘플들 사이의 거리는 모두 N/2로 균일하다. 도 3에는 도 1의 시스템에 도 2의 프리앰블을 가진 수신 신호 r(n)을 적용하여 자기상관값을 구하는 방법이 도식적으로 설명되어 있다. 수신 신호 r(n)의 프리앰블은 N/2 길이마다 동일한 샘플열이 반복되어 N개의 샘플로 구성된다. 따라서, 자기상관부(20)는 각 샘플별로 N/2만큼 지연된 신호와 자기상관값을 구하여 피크 검출부(40)로 전달한다.Referring to FIG. 2, the preamble of the conventional OFDM signal is divided into two sections in the time domain to have the same signal sequence. That is, the preamble is a structure in which the same sample sequence is repeated at a distance of N / 2, and the distances between the same samples are all uniform as N / 2. 3 illustrates a method of obtaining an autocorrelation value by applying a reception signal r (n) having the preamble of FIG. 2 to the system of FIG. 1. The preamble of the received signal r (n) is composed of N samples by repeating the same sample string every N / 2 lengths. Therefore, the autocorrelation unit 20 obtains a signal and autocorrelation value delayed by N / 2 for each sample and transmits the autocorrelation value to the peak detector 40.
도 4의 그래프의 세로축은 자기 상관값들을 나타내고, 가로축은 샘플번호이다. 도시된 그래프의 실험조건은 부반송파의 개수가 64이며, 에디티브 백색 가우시안 잡음(additive white gaussian noise: AWGN) 환경에서 5dB로 실험한 결과이다. 64번째 샘플에서 최대값을 가져야 하지만, 64번째 샘플 주변에서 더 큰 상관값이 생긴 것을 볼 수 있다. 이는 잡음과 채널의 영향으로 본래 최대값이 되어야 할 샘플 주변에서 심볼 시간 동기에 오류가 생길 확률이 높아지는 것을 의미한다. 상관값 계산식에서 m이 0인 경우를 정확한 심볼의 시작점이라고 가정하면 d개의 샘플이 벗어났을 경우 다음과 같이 표현할 수 있다.The vertical axis of the graph of FIG. 4 represents autocorrelation values, and the horizontal axis is a sample number. The experimental conditions of the graph shown in FIG. 6 show that the number of subcarriers is 64 and the experiment is performed at 5dB in an additive white gaussian noise (AWGN) environment. We should have a maximum value at the 64th sample, but we can see a larger correlation around the 64th sample. This means that the effects of noise and channel increase the probability of error in symbol time synchronization around the sample, which should be at its maximum. Assuming that m is 0 in the correlation equation, the start point of the correct symbol can be expressed as follows when d samples are missing.
(수식 1)(Formula 1)
수신 신호 r(n+d)와는 서로 다른 심볼에 속한 신호이므로 상관성이 없어야 하지만, 상기 식 (1)에서 r(n+d)와는 여전히 서로 상관성을 갖고 있다. 따라서 벗어난 샘플의 개수가 적은 경우에는 정확한 심볼 시작점과의 상관값 차이를 뚜렷이 나타낼 수 없다. 절대값 기호가 쓰이므로 벗어난 샘플에 AWGN이 섞일 경우 심볼의 실제 시작점 근처에서 최대의 상관값을 가질 수 있다.Receive signal r (n + d) and Since is a signal belonging to different symbols, there should be no correlation, but in the formula (1), r (n + d) and Still correlate to each other. Therefore, when the number of out-of-samples is small, the difference in correlation with the exact symbol start point cannot be clearly represented. Since the absolute value symbol is used, AWGN is intermingled in the out-of-sample so that it has the maximum correlation near the actual starting point of the symbol.
상기한 바와 같은 종래 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법에 따르면, 첫 번째, 종래 OFDM 신호를 복조하기 위하여 사용한 프리앰블은 동기 변복조 방식에서는 사용할 수 없는 단점이 있다. 두 번째, 정확한 심볼의 시작점에서 벗어날 때마다 상관성 없는 신호의 개수가 벗어난 샘플의 수와 일치한다. 이로 인해 원래의 심볼 시작점 근처에서는 잡음과 채널의 영향으로 오류가 생길 확률이 높다. 세 번째, 주파수 오차 추정에 있어 동일한 샘플 사이의 거리가 N/2로 균일하므로 소수배 주파수 오차와 정수배 주파수 오차를 각각 추정하여야 한다.According to the symbol / frequency synchronization method of the conventional OFDM signal as described above, first, the preamble used to demodulate the conventional OFDM signal cannot be used in the synchronous modulation and demodulation scheme. Second, each time you deviate from the beginning of the correct symbol, the number of uncorrelated signals coincides with the number of samples that deviate. Because of this, there is a high probability of error due to noise and channel effects near the original symbol start point. Third, since the distance between the same samples is equal to N / 2 in estimating the frequency error, the fractional frequency error and the integer frequency error must be estimated respectively.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 잡음 및 진폭과 위상 왜곡을 야기시키는 다중 경로 채널을 통과한 OFDM 수신 신호의 타이밍 동기와 미세 주파수 동기의 정확도를 높인 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 두 번째 목적은 원래의 심볼 시작점 근처에서 발생할 수 있는 에러 확률을 개선한 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 세 번째 목적은 주파수 오차 추정 범위를 넓힐 수 있는 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and the first object of the present invention is to improve the accuracy of timing synchronization and fine frequency synchronization of an OFDM received signal through a multipath channel causing noise, amplitude, and phase distortion. The present invention provides a symbol / frequency synchronization method for an enhanced OFDM signal. It is a second object of the present invention to provide a symbol / frequency synchronization method of an OFDM signal which improves an error probability that may occur near an original symbol start point. A third object of the present invention is to provide a symbol / frequency synchronization method of an OFDM signal that can widen the frequency error estimation range.
도 1은 종래 OFDM 신호 수신장치의 블럭도.1 is a block diagram of a conventional OFDM signal receiving apparatus.
도 2는 종래 OFDM 신호의 프리앰블 구조를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a preamble structure of a conventional OFDM signal.
도 3은 종래 자기상관부의 상세 동작을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the detailed operation of the conventional autocorrelation unit.
도 4는 종래 프리앰블 구조에 의한 상관값을 도시한 그래프.4 is a graph showing a correlation value by a conventional preamble structure.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 신호 수신장치의 블럭도.5 is a block diagram of an OFDM signal receiving apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 프리앰블 구조를 도시한 도면.6 illustrates a preamble structure according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 자기상관부의 상세 동작을 설명하기 위한 도면7 is a view for explaining the detailed operation of the autocorrelation unit according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 프리앰블 구조에 의한 상관값을 도시한 그래프.8 is a graph showing a correlation value by the preamble structure according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
220 : 상관부 240 : 피크 검출부220: correlation unit 240: peak detection unit
260 : 심볼 타이밍/주파수 동기부260 symbol timing / frequency synchronization unit
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법은 대칭형 구조를 가지는 프리앰블을 적용하여 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득한다.In order to achieve the above object, a symbol / frequency synchronization method of an OFDM signal according to the present invention obtains symbol / frequency synchronization of an OFDM signal by applying a preamble having a symmetrical structure.
상기 프리앰블은 OFDM 심볼 길이 N의 1/2 길이 또는 1/2n(n은 2이상의 정수) 이하의 길이로 대칭으로 구성된다.The preamble is symmetrically configured to have a length equal to or less than 1/2 length of the OFDM symbol length N or 1 / 2n (n is an integer of 2 or more).
본 발명에 따른 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기 방법은 A) 대칭형 구조의 프리앰블을 가진 OFDM 신호를 수신하는 단계, B) 상기 OFDM 신호의 샘플을 얻기 위하여 상기 OFDM 신호를 아날로그신호에서 디지털 신호로 변환하는 단계, C) 상기 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하기 위하여 상기 수신된 OFDM 신호로부터 프리앰블을 분리하는 단계, D) 상기 대칭형 프리앰블을 구성하는 동일 샘플들 사이의 상관값을 구하는 단계, 및 E) OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하는 단계로 구성된다.A symbol / frequency synchronization method of an OFDM signal according to the present invention includes the steps of A) receiving an OFDM signal having a preamble having a symmetrical structure, and B) converting the OFDM signal from an analog signal to a digital signal to obtain a sample of the OFDM signal. Step C) separating a preamble from the received OFDM signal to obtain symbol / frequency synchronization of the OFDM signal, D) obtaining a correlation between the same samples constituting the symmetric preamble, and E) Acquiring symbol / frequency synchronization of the OFDM signal.
E) 단계의 심볼 동기 획득 단계는 E1) 대칭형 프리앰블을 구성하는 N개의 샘플들에서 동일한 샘플들 사이의 자기상관값을 구하는 단계, E2) 상기 구해진 자기 상관값들의 합계를 구하는 단계, E3) 상기 상관값들의 합계의 절대값을 취하여 각 샘플별로 할당된 버퍼에 저장하는 단계, 및 E4) 상기 각 샘플에 할당된 버퍼에 저장된 데이터가 최대인 샘플 n을 심볼의 시작점으로 검출하는 단계로 구성된다.The symbol synchronization acquiring step E) comprises: E1) obtaining autocorrelation values between identical samples among N samples constituting a symmetric preamble, E2) obtaining a sum of the obtained autocorrelation values, and E3) the correlation Taking an absolute value of the sum of the values and storing it in a buffer allocated to each sample, and E4) detecting a sample n having the maximum data stored in the buffer allocated to each sample as a start point of a symbol.
E) 단계의 주파수 동기 획득 단계는 F1) 프리앰블을 구성하는 동일 샘플간의 상관값을 이용하여 위상값을 구하는 단계, F2) F1단계에서 구해진 위상값과 샘플간의 거리를 이용하여 동일 샘플간의 주파수 오차를 계산하는 단계, F3) 동일 샘플간의 주파수 오차를 이용하여 OFDM신호의 주파수 오차를 추정하는 단계로 구성된다.In the step E), the frequency synchronization acquiring step is performed by obtaining a phase value using the correlation value between the same samples constituting the preamble, and the frequency error between the same samples using the distance between the sample value and the phase value obtained in the step F2). Calculating, and F3) estimating the frequency error of the OFDM signal using the frequency error between the same samples.
E) 단계의 주파수 동기 획득시 심볼을 구성하는 상관 샘플간의 거리에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 주파수 오차를 추정할 수 있다.When the frequency synchronization of the step E) is obtained, the frequency error may be estimated by applying different weights according to the distance between the correlated samples constituting the symbol.
상기 가중치는 샘플간 거리가 멀어질수록 가중치의 값이 증가된다.The weight increases as the distance between samples increases.
상기 가중치는 샘플간 거리가 멀어질수록 지수함수적으로 증가한다.The weight increases exponentially as the distance between samples increases.
상기 가중치는 샘플간 거리가 멀어질수록 정수배로 증가한다.The weight increases by an integer multiple as the distance between samples increases.
본 발명에 따른 프리앰블은 두 개의 대칭부분으로 구성되어 있으며, 두 개의 대칭 부분에서 동일한 심볼열 사이의 상관값을 구해 최대가 되는 점을 OFDM 심볼의 시작점으로 찾는다. 동일한 신호열 사이의 상관값들은 서로 뚜렷한 차이를 보이므로 OFDM 심볼의 시작점을 정확히 추정할 수 있다. 따라서, 대칭구조의 프리엠블을 사용하면 소수배 주파수 오차뿐만 아니라 정수배 주파수 오차 추정이 가능하며, 샘플간의 거리에 따라 가중치를 적용함으로써 주파수 동기의 성능을 향상시킬 수 있다.The preamble according to the present invention consists of two symmetric parts, and finds the maximum point as the start point of the OFDM symbol by obtaining a correlation value between the same symbol strings in the two symmetric parts. Correlation values between the same signal sequence show distinct differences from each other, so that the starting point of the OFDM symbol can be accurately estimated. Therefore, using a symmetrical preamble enables not only prime frequency error but also integer frequency error estimation, and the performance of frequency synchronization can be improved by applying weights according to the distance between samples.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 OFDM 신호 수신장치의 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따른 프리앰블 구조를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 자기상관부의 상세 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 프리앰블 구조에 의한 상관값을 도시한 그래프이다.5 is a block diagram of an OFDM signal receiving apparatus according to the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating a preamble structure according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram for describing a detailed operation of an autocorrelation unit according to the present invention. 8 is a graph showing a correlation value by the preamble structure according to the present invention.
OFDM 신호를 수신하여 베이스밴드 데이터 비트를 복구하기 위하여, OFDM 수신시스템(도시않음)은 RF(radio frequency) 수신기(도시않음)를 통해 OFDM 신호 R(n)을 수신한다(단계 A). OFDM 송신기(도시않음)에서 전송하고자 하는 신호를 s(k)라 하자. 입력신호가 송신기의 IFFT(도시않음)를 거치게 되면 다음과 같이 표현된다.In order to receive the OFDM signal and recover the baseband data bits, the OFDM receiving system (not shown) receives the OFDM signal R (n) via a radio frequency (RF) receiver (not shown) (step A). Assume that a signal to be transmitted by an OFDM transmitter (not shown) is s (k). When the input signal passes through the IFFT (not shown) of the transmitter, it is expressed as follows.
(수식 2)(Formula 2)
전송된 신호는 다경로 채널을 거치고 AWGN이 더해져서 다음과 같이 표현된다.The transmitted signal passes through a multipath channel and AWGN is added as follows.
(수식 3)(Formula 3)
여기서, w(n)은 AWGN을 나타내며, h(n-τ)은 채널의 시간 영역 응답 함수를 나타낸다. 수신기에서 발생하는 주파수 오차를 고려하면 수신 신호는 다음과 같이 표현된다.Where w (n) represents AWGN and h (n−τ) represents the time domain response function of the channel. Considering the frequency error occurring in the receiver, the received signal is expressed as follows.
(수식 4)(Formula 4)
여기서, δ는 1/NT에 상수가 곱해진 형태이다. 이는 수신기에서 발생하는 주파수 오차를 모델링한 것이다. N은 FFT의 크기이고, T는 샘플링 주기를 나타낸다. H(k)는 주파수 영역에서 채널 응답 함수를 나타낸다.Here, δ is a form in which 1 / NT is multiplied by a constant. This models the frequency error that occurs at the receiver. N is the magnitude of the FFT, and T is the sampling period. H (k) represents the channel response function in the frequency domain.
수신된 OFDM 신호는 심볼/주파수 동기를 획득하는데 사용될 대칭형 구조의 프리앰블을 포함한다. 프리앰블의 구조는 도 6에 도시되어 있다. OFDM 심볼의 정확한 시작점을 얻기 위한 것으로 OFDM 심볼길이를 N이라 하면, 프리앰블은 길이가 N/2인 샘플열이 대칭 형태로 배열된 구조이다. 즉, 첫 번째 샘플값과 N번째 샘플값이 동일하고, N/2번째 샘플값과 (N/2 +1)번째 샘플값이 동일하다. 따라서, 동일한 샘플들 사이의 거리는 각 샘플마다 다르다. 프리앰블의 샘플열은 1/2n 이하의 길이로 대칭으로 구성될 수 있다. 이때 n은 2 이상의 정수이다.The received OFDM signal includes a symmetrical preamble that will be used to obtain symbol / frequency synchronization. The structure of the preamble is shown in FIG. When the OFDM symbol length is N, the preamble is a structure in which a length of N / 2 sample strings is arranged in a symmetrical form. That is, the first sample value and the Nth sample value are the same, and the N / 2th sample value and the (N / 2 +1) th sample value are the same. Thus, the distance between the same samples is different for each sample. The sample string of the preamble may be symmetrically configured to a length of 1 / 2n or less. N is an integer of 2 or more.
수신된 OFDM 신호의 샘플을 얻기 위하여 OFDM 신호를 아날로그에서 디지털 신호로 변환한다(단계 B).The OFDM signal is converted from an analog to a digital signal to obtain a sample of the received OFDM signal (step B).
OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하기 위하여 OFDM 신호로부터 프리앰블을 분리한다(단계 C).The preamble is separated from the OFDM signal to obtain symbol / frequency synchronization of the OFDM signal (step C).
상관부(220)는 단계 C에서 분리된 대칭형 프리앰블을 가지고 주파수 오차를 계산하기 위하여 대칭형 프리앰블을 구성하는 동일 샘플들 사이의 상관값을 구한다(단계 D). 도 7을 참조하면, 상관값은 거리가 서로 다른 동일 샘플 사이의 상관값을 구하여 심볼 타이밍/주파수 동기부(260)로 넘겨준다.The correlator 220 obtains a correlation value between the same samples constituting the symmetric preamble in order to calculate the frequency error with the symmetric preamble separated in step C (step D). Referring to FIG. 7, the correlation value is obtained by passing a correlation value between the same samples having different distances to the symbol timing / frequency synchronization unit 260.
심볼 타이밍/주파수 동기부(260)는 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하기 위한 단계 E를 수행한다. 즉, OFDM 신호의 심볼 동기 획득 단계 E는 다음과 같은 세부 단계들을 포함한다. 대칭형 프리앰블을 구성하는 N개의 샘플들에서 동일한 샘플들 사이의 자기상관값을 구한다(단계 E1). E1 단계에서 구해진 자기 상관값들의 합계를 구한다(E2 단계), E2 단계에서 구한 합계의 절대값을 취하여 각 샘플별로 할당된 버퍼에 저장한다(E3 단계). E3단계에서 상기 각 샘플에 할당된 버퍼에 저장된 데이터가 최대인 샘플 n을 심볼의 시작점으로 검출한다(E4 단계).The symbol timing / frequency synchronization unit 260 performs step E for acquiring symbol / frequency synchronization of the OFDM signal. That is, the symbol synchronization obtaining step E of the OFDM signal includes the following detailed steps. The autocorrelation value between the same samples is obtained from the N samples constituting the symmetric preamble (step E1). The sum of the autocorrelation values obtained in step E1 is obtained (step E2). The absolute value of the sum obtained in step E2 is taken and stored in a buffer allocated to each sample (step E3). In step E3, the sample n having the maximum data stored in the buffer allocated to each sample is detected as the start point of the symbol (step E4).
OFDM 심볼의 시작점 Sstart는 다음식에 의해 구한다.The starting point S start of an OFDM symbol is obtained by the following equation.
(수식 5)(Formula 5)
심볼의 시작점은 소수배 주파수 오차를 가장 정확히 찾아내는 기준이 된다.The starting point of the symbol is the criterion for finding the prime frequency error.
검출된 심볼의 시작점의 위치는 다음 식에 의해 검증된다.The position of the starting point of the detected symbol is verified by the following equation.
(수식 6)(Formula 6)
(수식 7)(Formula 7)
여기서, d는 0이 아닌 정수로서 벗어난 샘플의 개수를 나타낸다. 한 샘플이라도 벗어나는 경우에는 상관값 계산 결과가 평균적으로 0이 된다. 이는 서로 곱해지는 신호 성분 사이에 상관성이 없어지게 되기 때문이다. 수신 신호에 AWGN이 부가되더라도 AWGN과 송신 신호 사이에는 상관성이 존재하지 않으므로 아주 작은 값을 갖게 된다.Here, d represents the number of samples deviated as a non-zero integer. If any sample deviates, the result of the correlation calculation is 0 on average. This is because there is no correlation between signal components multiplied with each other. Even though AWGN is added to the received signal, there is no correlation between the AWGN and the transmitted signal and thus the value is very small.
심볼 타이밍/주파수 동기부(260)는 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기를 획득하는 E단계에서, OFDM 신호의 주파수 동기를 획득하기 위하여 주파수 오차를 추정한다. 주파수 동기 획득 단계는 다음과 같은 세부 단계들에 의해 수행된다. 먼저, 프리앰블을 구성하는 동일 샘플간의 상관값을 이용하여 위상값을 구하는 F1단계가 수행된다. 다음으로, F1 단계에서 구해진 위상값과 샘플간의 거리를 이용하여 동일 샘플간의 주파수 오차를 계산한다(F2 단계). 동일 샘플간의 주파수 오차를 이용하여 OFDM 신호의 주파수 오차를 추정한다(F3 단계).The symbol timing / frequency synchronization unit 260 estimates a frequency error in order to obtain frequency synchronization of the OFDM signal in step E of acquiring symbol / frequency synchronization of the OFDM signal. The frequency synchronization acquiring step is performed by the following detailed steps. First, an F1 step of obtaining a phase value by using a correlation value between identical samples constituting the preamble is performed. Next, the frequency error between the same samples is calculated using the distance between the sample and the phase value obtained in the step F1 (step F2). The frequency error of the OFDM signal is estimated using the frequency error between the same samples (step F3).
주파수 오차는 다음 식에 의해 구한다.The frequency error is obtained by the following equation.
(수식 8)(Equation 8)
여기서,는 오차 추정치이고, N은 심볼의 길이를 나타낸다. 즉, 오차 추정치는 각각의 상관값 계산 결과를 샘플 사이의 거리로 나누어 준 값을 N/2 샘플만큼 가산하여 N/2으로 나누어 주는 것이다.here, Is the error estimate and N is the length of the symbol. In other words, the error estimate is obtained by adding N / 2 samples by dividing each correlation result by the distance between samples and dividing by N / 2.
주파수 오차 추정에서는 두 샘플 사이의 거리에 따라 추정할 수 있는 주파수 오차의 범위가 다르다는 특징이 있다. 일반적으로 각각의 상관값 계산 결과를 샘플 사이의 거리로 나누어 주지 않는 GIB에 의한 두 샘플 사이의 상관 값으로는 소수배의 주파수 오차밖에 추정할 수가 없다. 하지만 두 샘플 사이의 거리가 가까워지면 범위가 넓어져서 정수배의 주파수 오차까지도 추정할 수가 있다. 상관 값을 계산할 경우 샘플 사이의 거리가 가장 가까운 것은 한 샘플 차이가 나는 경우이다. 대칭형 프리앰블 구조는 이러한 조건을 만족한다. 이와 같이 샘플의 거리가 짧은 상관 값들을 사용하면 소수배 주파수 오차뿐만 아니라 정수배 주파수 오차도 추정할 수 있다. 즉, 주파수 오차의 추정 범위가 넓어진다.In frequency error estimation, the range of frequency error that can be estimated varies according to the distance between two samples. In general, the correlation value between two samples by GIB, which does not divide each correlation calculation result by the distance between samples, can only be estimated by a fractional frequency error. However, as the distance between the two samples gets closer, the range is wider so that even integer frequency errors can be estimated. When the correlation value is calculated, the closest distance between samples is one sample difference. The symmetrical preamble structure satisfies this condition. In this way, the correlation values of the short distances of the samples can be used to estimate not only the prime frequency error but also the integral frequency error. In other words, the estimation range of the frequency error is widened.
그러나, 추정 범위가 넓어지면 그 정확도가 낮아질 수 있으므로, F 단계에서 심볼을 구성하는 상관 샘플간의 거리에 따라 서로 다른 가중치를 적용하여 주파수 오차를 추정할 수 있다. 도 6을 참조하면, N/2번째 샘플과 (N/2 + 1)번째 샘플 사이의 거리 α를 1로 가정하면, 두 번째 샘플과 (N-1)번째 샘플 사이의 거리 β는 (N-3)이 되고, 첫 번째 샘플과 N번째 샘플 사이의 거리 γ는 (N-1)이 된다. 즉, 동일한 샘플들 사이의 거리가 서로 다르다. 이 때, 가중치는 샘플간 거리가 멀어질수록 가중치의 값을 증가시켜 적용할 수 있다. 예를 들면, 가중치는 샘플간의 거리가 멀어질수록 지수함수적으로 증가될 수 있다. 다른 방법으로는 샘플간의 거리가 멀어질수록 가중치를 정수배로 증가시키는 것이다.However, if the estimation range is wider, the accuracy thereof may be lowered. Therefore, the frequency error may be estimated by applying different weights according to the distance between the correlated samples constituting the symbol in the F step. Referring to FIG. 6, assuming that the distance α between the N / 2th sample and the (N / 2 + 1) th sample is 1, the distance β between the second sample and the (N-1) th sample is (N− 3), and the distance γ between the first sample and the Nth sample is (N-1). That is, the distances between the same samples are different. In this case, the weight may be applied by increasing the value of the weight as the distance between samples increases. For example, the weight may increase exponentially as the distance between samples increases. Another method is to increase the weight by an integer multiple as the distance between samples increases.
도 8에는 제안한 대칭 구조의 프리앰블을 사용한 경우의 상관값이 나타나 있다. 이는 부반송파의 개수가 64개이며 AWGN 환경에서 5dB로 실험한 결과이다. 대칭구조의 프리앰블을 사용한 동기방법은 본래의 심볼 시작점에서 한 샘플만 벗어나더라도 상관성이 전혀 없어지므로 64번째 샘플 이외에서는 모두 작은 상관값을 갖게 된다.8 shows a correlation value in the case of using the preamble of the proposed symmetrical structure. This is the result of 64 subcarriers and 5dB experiment in AWGN environment. In the synchronization method using a symmetric preamble, even if only one sample deviates from the original symbol start point, the correlation is completely lost, and thus all other values except for the 64 th sample have a small correlation value.
본 발명의 OFDM 신호의 심볼 동기 방법에 따른 효과는 다음과 같다. 첫 번째, 잡음 및 진폭과 위상 왜곡을 야기시키는 다중경로 채널을 통과한 OFDM 수신신호의 타이밍 동기와 미세 주파수 동기의 정확도를 높인 OFDM 신호의 심볼/주파수 동기가 가능하다. 두 번째, 대칭형 프리앰블을 채용함으로써 비동기 및 동기 변복조 방식 모두에 적용이 가능하다. 세 번째, 원래의 심볼 시작점 근처에서 발생할 수 있는 에러 확률이 개선된다. 네 번째, 주파수 오차 추정 범위가 넓다.Effects of the symbol synchronization method of the OFDM signal of the present invention are as follows. First, it is possible to perform symbol / frequency synchronization of an OFDM signal with improved timing synchronization and fine frequency synchronization of an OFDM received signal passing through a multipath channel causing noise, amplitude, and phase distortion. Second, the symmetric preamble can be used for both asynchronous and synchronous modulation and demodulation. Third, the probability of error occurring near the original symbol start point is improved. Fourth, the frequency error estimation range is wide.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.In the above, certain preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. will be.
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